淺談低壓無功補償在工廠中的實用方案

伍振藍

摘要：在現(xiàn)代工業(yè)領域中，很多工廠里絕大部分的用電設備都是電動機，而供電系統(tǒng)中類似于電動機這樣的感性負載過多，將會導致供電系統(tǒng)的功率因數(shù)降低，從而影響到供電的可靠性、穩(wěn)定性及經(jīng)濟性。合理的選用低壓無功補償裝置及補償方案，可以很好的解決此類問題。

關鍵詞：工業(yè);功率因數(shù);低壓;補償方案

前言

隨著我國人力成本的不斷提高，現(xiàn)代工廠在生產(chǎn)過程中，很大程度上都是依賴電力能源，而電動機的應用，在各行各業(yè)中都是必不可少的。我們都知道，電動機屬于感性負載，它把電能轉化為機械能的過程中，不僅要消耗有功功率，也要從電網(wǎng)中吸收一定的無功功率，用來維持旋轉磁場。

根據(jù)實際應用發(fā)現(xiàn)，合理的選擇補償方案，可以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少供電系統(tǒng)的損耗，節(jié)約能源。另外，提高供電系統(tǒng)的功率因數(shù)還可以減少供電公司對生產(chǎn)企業(yè)力調電費的罰款，甚至可以得到考核獎勵。而不合理的補償方案，不僅起不到補償效果，還可能會損壞補償電容及其附件，增加企業(yè)經(jīng)濟負擔。

本文主要對當前企業(yè)常用的低壓無功補償控制系統(tǒng)中，關于補償容量、投切震蕩以及電容器的幾種搭配方案來進行簡單探討。

一、補償容量的計算

在實際生產(chǎn)過程中，一個生產(chǎn)企業(yè)的運行負載是在不斷波動的，因此系統(tǒng)所需的無功量也在不斷變化。而在設計過程中，必須要滿足系統(tǒng)在滿負荷運行的情況下所需的補償容量。

隨著時代的進步，新一代高效節(jié)能電機的自然功率因數(shù)也在不斷提高，例如YE3系列超高效率電機，其功率因數(shù)最高可達到0.91.因此，一般以電動機為主要負載的現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)，正常情況下滿載運行時，系統(tǒng)中所需的補償容量大概只占變壓器總容量的20%左右。但是，現(xiàn)代低壓補償電容器一般都采用自愈式低壓并聯(lián)補償電容，由于存在自愈過程，它的容量也會不斷衰減，因此要考慮到長期運行后的電容損失。所以通常大部分企業(yè)的補償經(jīng)驗系數(shù)都取值0.3，即以變壓器總容量的30%左右來選擇補償容量為宜。

二、補償方案的選擇

2.1、常用補償控制器的投切邏輯

首先，我們要簡單了解一下常用的補償控制器的工作原理，通常來說，控制器都不具備自動識別電容器容量的能力，它都是根據(jù)預先設定好的邏輯程序來發(fā)送投切信號。一般有三種邏輯控制：

I、先投后切，這種模式的缺點是導致先投入的電容器長時間工作，不利于電容器的使用壽命。

II、先投先切，這種模式會循環(huán)投切各回路，實現(xiàn)每個電容器的均衡投切，有利于電容器的使用壽命。

III、智能投切，需要用戶錄入的各回路電容容量，控制器會計算出系統(tǒng)中的無功需量，對各回路進行篩選投切，只有比較高端的控制器才可以實現(xiàn)此功能。

2.2、投切震蕩

投切震蕩指的是電容容量選擇不合理，或投切門限之間的數(shù)值設置不合理，導致投入電容時過補償，切除電容時欠補償，因此控制器會頻繁發(fā)出投切信號，影響到交流接觸器、電抗器與電容器的壽命。

在無功功率自動補償?shù)倪^程中，投切震蕩是造成設備損壞的重要因素。

2.3、如何避免投切震蕩

I、加大投切門限之間的數(shù)值，要確保在投切某一組電容時，不會立刻引起過補償或欠補償。另外，還要適當?shù)脑黾油肚醒訒r時長，最后設置在15秒以上，以避免類似于電焊機、空壓機，電磁閥等短時負載的影響。通過這兩項設置，在功率因數(shù)精度要求不高的情況下，可以很好的避免投切震蕩。

II、合理的搭配電容器容量也可以避免投切震蕩。有些企業(yè)為了整齊美觀，補償柜往往都是選用統(tǒng)一容量的電容器，這就會造成控制器無論以哪種邏輯方式運行，都無法篩選出合適的容量。根據(jù)使用經(jīng)驗，如果采用不同容量大小的電容器進行組合搭配，不僅可以提高功率因數(shù)的精度，還可以有效避免出現(xiàn)投切震蕩。

2.4、補償方案對比

方案一：采用先投后切的邏輯控制時，電容器容量適合由大到小的順序排列，通常情況下，前幾組較大容量的電容器會形成固定投入的狀態(tài)，而后幾組較小容量的電容器在系統(tǒng)變化時，可以起到功率因數(shù)微調的作用。這種方案的優(yōu)勢是可以快速補償至目標功率因數(shù)，且正常運行時的投切頻率很低。而該方案的缺陷是，電容器組投切不均衡，有的長期工作，有的長期不工作，會影響電容器的使用壽命。

方案二：采用先投先切的邏輯控制時，電容器容量適合由小到大的順序排列，這種方案的優(yōu)勢是每組電容器都會均衡投切，可以更好的延長使用壽命。但是其投切的頻率較方案一要偏高。

方案三：采用智能投切的邏輯控制時，則對電容容量大小的排列順序沒有要求，用戶只需要將每組電容器的容量錄入到控制內(nèi)相對應的回路，在運行過程中，控制器會根據(jù)采樣參數(shù)，自動計算無功需量，然后選擇性的投切電容，并且還會統(tǒng)計每組電容器的運行時長，自動進行均衡投切。相對于前兩個方案而言，其投入稍微偏高一點，且需要人工進行參數(shù)設置。但從長遠來看，這種邏輯控制更加經(jīng)濟可靠。

三、串聯(lián)電抗器的選擇

3.1串聯(lián)電抗器的作用

電容器在投入的瞬間，會產(chǎn)生額定電流5倍以上的合閘涌流，會對電容器及斷路器造成危害，增加串聯(lián)電抗器可以有效限制涌流，起到抑流作用。另外，一個企業(yè)的電力系統(tǒng)中或多或少都存在一定諧波污染源，如變頻器、整流器等，合理選用串聯(lián)電抗器雖然不能完全濾除諧波，但是可以有效防止諧波侵入電容器，造成電容器損壞，不會引起諧波放大。

3.2、串聯(lián)電抗器的選擇

通常來說，串聯(lián)電抗器的型號是根據(jù)用戶的需要來進行搭配的，在選擇串聯(lián)電抗器的時候，主要參數(shù)有額定電壓、電抗率及電抗容量：

I、額定電壓：低壓常用450V以上。

II、電抗率：根據(jù)使用經(jīng)驗，電力系統(tǒng)中5次以上諧波較多的選用7%（諧振頻率189）為宜，3次以上諧波較多的選用14%（諧振頻率134）為宜。

III、電抗容量：電抗器的容量速算就是用配套電容器容量乘以電抗率，例如30Kvar的電容器，配套7%電抗率，那么氣電抗器的容量就是30×7%=2.1Kvar。

四、結束語

經(jīng)過以上的分析總結，我們可以清晰的知道，在現(xiàn)代工廠低壓無功補償系統(tǒng)實用中，首先要根據(jù)自身的負載特性，選擇合適的容量，然后再根據(jù)不同的邏輯控制方式，來搭配不同的電容器組合順序，才可以起到好的補償作用。

而對于無功補償系統(tǒng)來說，如果電容器的選用不合理，或者搭配不合理，不僅起不到較好的補償效果，反而會引起投切震蕩，非常容易損壞電容器、控制器及接觸器等元件，從而增加企業(yè)的經(jīng)濟負擔。

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（作者單位：廣西銀億新材料有限公司）